JP7185231B2 - 無線通信システム、無線端末、集中制御局及び無線通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システム、無線端末、集中制御局及び無線通信方法に関する。

現在、多様な無線通信システムが広く普及している。例えば、免許帯の無線通信システムであるセルラシステムは、現在第４世代の無線通信規格が商用化されており、径が大小のセルを組み合わせながら、移動無線端末を収容している。また、免許不要帯で普及している無線通信システムとしては、まず無線ＬＡＮシステムが挙げられ、国内では２．４／５／６０ＧＨｚ帯の無線周波数を利用して数～数十ｍの径に存在する無線端末に対して広帯域な無線通信が提供されている。また、別の免許不要帯の無線通信システムとして挙げられるＬＰＷＡ（Low Power Wide Area）は、数～数ｋｍの広大な径に存在する無線端末に対して低消費電力で無線通信を提供できることから、モノのインターネットサービスを収容することに適している。

このように、多様な無線通信システムの中から、無線サービスの要求に応じて適した無線通信システムを選択できる無線通信環境が普及している。また、無線通信システム群のうち、大容量を目的としたものは、エリア容量増大のために無線基地局の高密度化が進んでいる。例えば、無線端末の周りに十分無線通信を実施できるほどの強い受信電力で検出される無線基地局が１台以上存在するような無線環境が増えている。

結果として、無線端末が選択できる無線アクセスの自由度は、無線通信システムの種類及び無線基地局台数の両面で、大きくなっている。この自由度を活かして、複数の無線アクセスに同時接続してロードバランシングやフレーム冗長送信を行う無線通信プロトコルが開発されている（例えば非特許文献１参照）。例えば、セルラ回線と無線ＬＡＮ回線を同時に用いることにより、無線通信環境を安定化させることができる。

一方で、従来技術においては、無線端末は、同種無線通信システム内の複数無線基地局を用いた無線通信を行うことができず、複数の無線アプリケーションを立ち上げていても、それらの無線トラヒックは全て１台の無線基地局との間の無線通信路で収容する必要がある。この時、各無線アプリケーションの要求品質を満足できない確率が高まるという課題がある。

例えば、従来技術では、無線端末は、受信電力が最大となる電波を放出する無線基地局に帰属する。当該技術では、無線基地局の近傍に無線端末が多数存在する時に、無線端末が全て共通の無線基地局に接続するため、無線端末群の要求データレートの総和が無線基地局の通信路容量を上回ってオーバーロードすることとなり、要求品質を満足できない確率が高まる。

上記のオーバーロードを緩和するために、各無線基地局の帰属無線端末台数の偏りが最小となるように各無線端末を帰属させるという制御法に切り替えることも検討される。しかし、この制御法では、無線端末は受信電力の弱い無線基地局へも帰属するため、無線端末への無線通信路容量が小さくなった結果、無線端末の要求データレートが無線通信路容量を上回りオーバーロードとなる確率が高まる。このように、同種無線通信システムにおいて無線端末の無線通信を１本の無線通信路で収容する場合、無線端末の要求品質を満足できない確率が高くなるという課題がある。

Atefeh Hajijamali Arani, 外４名, "Distributed Learning for Energy-Efficient Resource Management in Self-Organizing Heterogeneous Networks", IEEE TRANSACTIONS ON VEHICULAR TECHNOLOGY, OCTOBER 2017, VOL. 66, NO. 10, p.9287-9303

本発明は、無線基地局に対する無線端末の配置に偏りが生じても、通信品質の低下を抑えることができる無線通信システム、無線端末、集中制御局及び無線通信方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様にかかる無線通信システムは、複数の無線端末、及び前記無線端末と無線通信を行う複数の無線基地局を備えた無線通信システムであって、前記無線基地局は、当該無線基地局に帰属する前記無線端末との間の無線通信品質、及び他の前記無線基地局における帰属する前記無線端末との間の無線通信品質に基づく品質測定情報を、当該無線基地局に帰属する前記無線端末に通知する情報通知部を有し、前記無線端末は、前記情報通知部から通知された品質測定情報に基づいて、無線通信品質を向上可能な前記無線基地局のいずれかを新たな帰属先として選択する帰属情報を算出する帰属先算出部と、前記無線基地局が帰属先の更新を許可した場合に、前記帰属先算出部が算出した帰属情報に基づいて帰属先を更新するように帰属情報を記録する帰属先記録部とを有することを特徴とする。

また、本発明の一態様にかかる無線通信システムは、複数の前記無線基地局を制御する集中制御局をさらに有し、前記無線基地局それぞれは、少なくとも当該無線基地局に帰属する前記無線端末との間の無線通信品質に基づく品質測定情報を前記集中制御局に通知し、前記集中制御局は、前記無線基地局それぞれから通知された品質測定情報に基づいて、前記無線基地局それぞれにおける帰属する前記無線端末との間の無線通信品質を向上可能な前記無線基地局を新たな帰属先として選択する帰属情報それぞれを算出する全帰属先算出部を有し、前記無線端末それぞれは、帰属している前記無線基地局を介して、前記全帰属先算出部が算出した帰属情報を受信した場合、前記全帰属先算出部が算出した帰属情報に基づいて帰属先を更新するように前記帰属先記録部が帰属情報を記録することを特徴とする。

また、本発明の一態様にかかる無線通信システムは、前記集中制御局が、有線通信経路を介して品質測定情報を受信することを特徴とする。

また、本発明の一態様にかかる無線通信システムは、複数の前記無線基地局が、有線通信経路及び無線通信経路を介して互いに接続され、前記有線通信経路、前記無線通信経路及び前記無線端末の少なくともいずれかを介して品質測定情報を受信することを特徴とする。

また、本発明の一態様にかかる無線通信システムは、前記無線端末及び前記無線基地局が、互いに無線通信を行うための１つ以上の無線物理インターフェース及び１つ以上の無線仮想インターフェースを有し、前記無線仮想インターフェースには無線通信品質を示す１つ以上の情報を品質測定情報として用いることを特徴とする。

また、本発明の一態様にかかる無線通信システムは、前記無線端末及び前記無線基地局が、互いに複数の無線通信方式によって無線通信を行う複数の無線通信アプリケーションを備え、品質測定情報が前記無線通信アプリケーションそれぞれにおける無線通信品質に基づいていることを特徴とする。

また、本発明の一態様にかかる無線通信システムは、品質測定情報が無線通信における受信電力、要求データレート及び前記無線基地局の帯域の使用率を含むことを特徴とする。

また、本発明の一態様にかかる無線端末は、帰属している無線基地局との間の無線通信品質、及び他の無線基地局に帰属する他の無線端末の無線通信品質に基づく品質測定情報に基づいて、無線通信品質を向上可能な他の無線基地局を新たな帰属先として選択する帰属情報を算出する帰属先算出部と、帰属している無線基地局が帰属先の更新を許可した場合に、前記帰属先算出部が算出した帰属情報に基づいて帰属先を更新するように帰属情報を記録する帰属先記録部とを有することを特徴とする。

また、本発明の一態様にかかる集中制御局は、複数の無線端末と無線通信を行う複数の無線基地局を制御する集中制御局であって、複数の無線基地局それぞれの帰属する無線端末との間の無線通信品質に基づく品質測定情報に基づいて、複数の無線基地局それぞれに帰属する無線端末との間の無線通信品質を向上可能な無線基地局を新たな帰属先として選択する帰属情報それぞれを算出する全帰属先算出部と、前記全帰属先算出部が算出した帰属情報それぞれを複数の無線基地局に通知する帰属先通知部とを有することを特徴とする。

また、本発明の一態様にかかる無線通信方法は、複数の無線端末と複数の無線基地局とが行う無線通信方法であって、前記無線基地局が、当該無線基地局に帰属する前記無線端末との間の無線通信品質、及び他の前記無線基地局における帰属する前記無線端末との間の無線通信品質に基づく品質測定情報を、当該無線基地局に帰属する前記無線端末に通知する工程と、前記無線端末が、通知された品質測定情報に基づいて、無線通信品質を向上可能な前記無線基地局のいずれかを新たな帰属先として選択する帰属情報を算出する工程と、前記無線基地局が帰属先の更新を許可した場合に、算出した帰属情報に基づいて帰属先を更新するように帰属情報を記録する工程とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、無線基地局に対する無線端末の配置に偏りが生じても、通信品質の低下を抑えることができる。

一実施形態にかかる無線通信システムの構成例を示す図である。 無線基地局が品質測定情報を交換する情報交換経路を示す図である。 一実施形態にかかる無線基地局の構成例を示す図である。 一実施形態にかかる無線端末の構成例を示す図である。 無線通信システムにおける無線端末の帰属先の制御例を示すシーケンス図である。 他の実施形態にかかる無線通信システムの構成例を示す図である。 無線基地局と集中制御局との情報交換経路の一例を示す図である。 一実施形態にかかる集中制御局の構成例を示す図である。 無線通信システムにおいて、取得される情報の具体例を示す図である。 共存動作を行う無線通信システムの第１動作例を示すシーケンス図である。 共存動作を行う無線通信システムの第２動作例を示すシーケンス図である。 無線端末の学習結果を他の無線端末へ配信する場合の動作例を示すシーケンス図である。 共存動作を行う無線通信システムに発生する異常の場所を模式的に示す図である。 異常が発生した場合の無線通信システムの動作例を示すシーケンス図である。 異常が発生した場合の無線通信システムの動作例を示すシーケンス図である。 異常が発生した場合に、第１モードに切替える無線通信システムの動作例を示すシーケンス図である。

以下に、図面を用いて無線通信システムの一実施形態を説明する。図１は、一実施形態にかかる無線通信システム１０の構成例を示す。図１に示すように、無線通信システム１０は、複数の無線基地局２０がネットワーク１００に対してそれぞれスイッチ１０２を介して接続されている。ここで、無線基地局２０それぞれは、ネットワーク１００を介した有線通信経路によって互いに接続されている。また、無線基地局２０は、無線通信によって他の無線基地局２０との間で通信を行うことも可能にされている。

無線基地局２０の周囲には、無線基地局２０との間で無線通信を行う複数の無線端末３０が位置している。無線端末３０は、例えばＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）の強度などの物理的な信号によって無線基地局２０に対する帰属を決定する１つ以上の無線物理インターフェース、及び、受信信号を演算処理した結果に応じて無線基地局２０に対する帰属を決定する１つ以上の無線仮想インターフェースのいずれかによって無線基地局２０に接続される。

ここで、無線端末３０は、無線基地局２０から通知される品質測定情報に基づいて、帰属する無線基地局２０を選択する自律分散制御を行う。品質測定情報は、無線基地局２０が帰属する無線端末３０との間の無線通信品質を測定した情報と、他の無線基地局２０における無線端末３０との間の無線通信品質を測定した情報とを含むものとする（図３等を用いて後述）。なお、無線端末３０は、周辺の１つ以上の無線基地局２０に対して帰属可能であり、遠方の無線基地局２０に対しては帰属外となる。

図２は、無線通信システム１０における無線基地局２０が品質測定情報などの情報を互いに交換する情報交換経路を示す。図２において太矢印で示した情報交換経路は、有線区間（有線通信経路）と無線区間（無線通信経路）の２種類に分類される。有線区間では、スイッチ１０２及びネットワーク１００を介して情報が交換される。無線区間には、無線基地局２０が他の無線基地局２０との間で無線通信を直接行う区間と、無線基地局２０が無線端末３０を介して他の無線基地局２０と無線通信を行う区間とがある。つまり、無線端末３０は、無線基地局２０と他の無線基地局２０との間の通信を中継することも可能にされている。

例えば、無線端末３０が無線基地局２０の相互の通信を中継しない場合には、無線基地局２０は、自局が測定した品質測定情報を周囲の他の無線基地局２０へ送信することにより、それぞれの品質測定情報を交換する。

また、無線端末３０が無線基地局２０の相互の通信を中継する場合には、無線基地局２０は、自局が測定した品質測定情報を周囲の無線端末３０へ通知する。そして、無線端末３０は、通知された品質測定情報を周囲の他の無線基地局２０へ通知する。無線端末３０は、複数の無線通信アプリケーションを実行し、情報を中継する場合に無線通信規格（無線通信方式）を他の無線通信規格に変換し、他の無線通信規格で無線基地局に通知するように構成されてもよい。また、無線端末３０及び無線基地局２０は、互いに複数の無線通信規格によって無線通信を行う複数の無線通信アプリケーションを備え、品質測定情報が無線通信アプリケーションそれぞれにおける無線通信品質に基づくようにされてもよい。

図３は、一実施形態にかかる無線基地局２０の構成例を示す。図３に示すように、無線基地局２０は、アンテナ部２１、無線通信部２２、通信Ｉ／Ｆ部２３、品質測定部２４、情報通知部２５、要求情報評価部２６、要求応答通知部２７及び帰属情報記録部２８を有する。

無線基地局２０は、アンテナ部２１を介して所定の規格の電波を送受信し、無線通信部２２が行う処理により、無線端末３０及び他の無線基地局２０との間で無線通信を行う。無線通信部２２は、高周波（RF：Radio Frequency）の信号を処理するＲＦ部２２０と、無線通信メディアアクセス制御（ＭＡＣ）の機能を備えたＭＡＣ機能部２２２とを有する。通信Ｉ／Ｆ部２３は、ネットワーク１００（図１）などによって構成される有線区間を介して通信を行うインターフェースである。

品質測定部２４は、無線環境測定部２４０及びトラヒック測定部２４２を有し、当該無線基地局２０（自局）に帰属する無線端末３０との間の無線通信品質を測定し、自局の無線通信品質に基づく品質測定情報を品質測定情報算出処理によって算出して取得する。無線環境測定部２４０は、無線通信の環境の測定を行い無線環境情報を取得する。トラヒック測定部２４２は、無線通信のトラヒックの測定を行いトラヒック情報を取得する。品質測定情報は、例えば無線環境情報及びトラヒック情報に基づいて算出される。また、品質測定情報は、無線通信における受信電力、要求データレート及び無線基地局の帯域の使用率を含んでもよい。

無線基地局２０は、他の無線基地局２０（他局）において帰属する無線端末３０との間の無線通信品質を示す品質測定情報に関しては、通信Ｉ／Ｆ部２３を介して有線区間の情報を取得し、無線通信部２２を介して無線区間の情報を取得する。そして、品質測定部２４は、自局及び他局から取得した品質測定情報を集約させる。

情報通知部２５は、品質測定部２４が集約させた品質測定情報を無線通信部２２を介して無線端末３０へ通知する。

要求情報評価部２６は、無線通信部２２を介して無線端末３０から後述する帰属要求を受けると、無線端末３０の帰属の可否（帰属先の変更・更新の可否）を判断する。

要求応答通知部２７は、要求情報評価部２６が無線端末３０の帰属先の更新を許可した場合、その旨を要求応答として無線端末３０へ無線通信部２２を介して通知する。

帰属情報記録部２８は、要求情報評価部２６が無線端末３０の帰属先の更新を許可した場合、無線端末３０の帰属先を管理する管理情報を更新して記録する。

図４は、無線端末３０の構成例を示す。図４に示すように、無線端末３０は、アンテナ部３１、無線通信部３２、制御情報算出部３３、帰属先要求部３４及び帰属先記録部３５を有する。

無線端末３０は、アンテナ部３１を介して所定の規格の電波を送受信し、無線通信部３２が行う処理により、無線基地局２０との間で無線通信を行う。無線通信部３２は、高周波の信号を処理するＲＦ部３２０と、無線通信メディアアクセス制御（ＭＡＣ）の機能を備えたＭＡＣ機能部３２２とを有する。そして、無線端末３０は、無線通信部３２を介して無線基地局２０が送信する品質測定情報を取得する。

制御情報算出部３３は、帰属先算出部３３０を有する。帰属先算出部３３０は、無線通信部３２を介して取得された品質測定情報に基づいて帰属先算出処理を行い、無線通信品質を向上可能な無線基地局２０のいずれかを新たな帰属先として選択する帰属情報を算出する。例えば、帰属先算出部３３０は、無線通信品質を高めるために最適な無線基地局２０を新たな帰属先として選択する帰属情報を算出する。

帰属先要求部３４は、帰属している無線基地局２０、又は帰属先算出部３３０が算出した帰属情報により選択される無線基地局２０などに対し、帰属先を変更する許可を求める帰属要求を無線通信部３２を介して通知する。

帰属先記録部３５は、無線端末３０が帰属先の更新を許可する要求応答を無線基地局２０から受信した場合、帰属先算出部３３０が算出した帰属情報に基づいて帰属先を更新するように帰属情報を記録する。つまり、帰属先記録部３５は、帰属先を管理する管理情報を帰属情報によって更新する。

図５は、無線通信システム１０における無線端末３０の帰属先の制御例を示すシーケンス図である。ここでは、２つの無線基地局２０－１，２０－２と、２つの無線端末３０－１，３０－２があるとする。また、帰属先制御を行う前には、無線端末３０－１は、無線基地局２０－１に帰属し、無線端末３０－２は、無線基地局２０－２に帰属しているものとする。

この時、無線基地局２０－１は、無線端末３０－１とデータ通信を行い、要求トラヒックを測定している（Ｓ１００）。無線基地局２０－２は、無線端末３０－２とデータ通信を行い、要求トラヒックを測定している（Ｓ１０２）。

同時に、無線基地局２０－１は、無線端末３０－１，３０－２からの上り信号（Ａｃｋ信号など）から受信電力などの無線通信品質を測定し、無線通信品質を示す情報を取得する（Ｓ１０４，Ｓ１０８）。また、無線基地局２０－２は、無線端末３０－１，３０－２からの上り信号から受信電力などの無線通信品質を測定し、無線通信品質を示す情報を取得する（Ｓ１０６，Ｓ１１０）。

次に、ある無線基地局（図５において無線基地局２０－１）が周辺の無線基地局（図５において無線基地局２０－２）に対して２つの信号を送信する（Ｓ１１２）。１つ目の信号は、取得した無線通信品質を示す情報を互いに交換するための情報交換要求信号である。２つ目の信号は、無線基地局２０－１，２０－２それぞれが管理する時刻を互いに同期させるための同期信号である。

２つの信号を受信した無線基地局２０－２は、取得した無線通信品質を示す情報を応答として無線基地局２０－１へ送信する（Ｓ１１４）。無線基地局２０－１は、取得した無線通信品質を示す情報を応答として無線基地局２０－２へ送信する（Ｓ１１６）。つまり、無線基地局２０－１及び無線基地局２０－２は、それぞれが取得した情報を相互に送信して情報交換を行う。

情報交換が完了すると、無線基地局２０－１，２０－２は、同期信号に同期して同時に品質測定情報算出処理を行い（Ｓ１１８，Ｓ１２０）、算出した品質測定情報をそれぞれに帰属している無線端末３０－１，３０－２に対して配信する（Ｓ１２２，Ｓ１２４）。

品質測定情報を受信した無線端末３０－１,３０－２は、それぞれ帰属先算出処理を行い（Ｓ１２６，Ｓ１２８）、それぞれ帰属先算出処理完了通知を帰属先に行う（Ｓ１３０，Ｓ１３２）。帰属先算出処理完了通知は、帰属先、帰属情報により選択される無線基地局２０－１，２０－２、又は周囲の全ての無線基地局に対して、帰属先を変更する許可を求める帰属要求を含んでいてもよい。

無線基地局２０－１，２０－２は、それぞれ帰属する全ての無線端末の帰属先算出処理完了を確認すると（Ｓ１３４，Ｓ１３６）、再度互いに帰属先算出処理完了確認のための情報交換を行って帰属先の変更・更新の可否を判断する（Ｓ１３８，Ｓ１４０）。

無線基地局２０－１，２０－２は、帰属先の更新を許可した場合、それぞれ帰属している無線端末３０－１,３０－２などに帰属先変更トリガー信号を同時に配信する（Ｓ１４２，Ｓ１４４）。

そして、無線端末３０－１,３０－２は、帰属先変更トリガー信号に格納されたタイミング情報にしたがって同時に帰属先変更処理を実施する（Ｓ１４６，Ｓ１４８）。

無線通信システム１０は、以上の処理を繰り返して、無線端末３０の帰属先の制御を行う。

次に、無線通信システムの他の実施形態について説明する。図６は、他の実施形態にかかる無線通信システム１０ａの構成例を示す。図６に示すように、無線通信システム１０ａは、複数の無線基地局２０ａがネットワーク１００に対してそれぞれスイッチ１０２を介して接続されている。ここで、無線基地局２０ａそれぞれは、ネットワーク１００を介した有線通信経路によって互いに接続されている。また、無線基地局２０ａは、無線通信によって他の無線基地局２０ａとの間で通信を行うことも可能にされている。

無線基地局２０ａの周囲には、無線基地局２０ａとの間で無線通信を行う複数の無線端末３０ａが位置している。無線端末３０ａは、例えばＲＳＳＩの強度などの物理的な信号によって無線基地局２０に対する帰属を決定する１つ以上の無線物理インターフェース、及び、受信信号を演算処理した結果に応じて無線基地局２０ａに対する帰属を決定する１つ以上の無線仮想インターフェースのいずれかによって無線基地局２０ａに接続される。

また、無線通信システム１０ａは、無線基地局２０ａそれぞれと、無線端末３０ａそれぞれを全体的に管理・制御する集中制御局４０ａがネットワーク１００に接続されている。つまり、無線通信システム１０ａは、図１に示した無線通信システム１０に対し、集中制御局４０ａが接続された形態となっている。

図７は、無線通信システム１０ａにおける無線基地局２０ａが集中制御局４０ａとの間で上述した品質測定情報などの情報を互いに交換する情報交換経路の一例を示す。図７において太矢印で示した情報交換経路は、有線区間（有線通信経路）である。有線区間では、スイッチ１０２及びネットワーク１００を介して情報が交換される。そして、集中制御局４０ａは、無線基地局２０ａを介して各無線端末３０ａに制御内容を通知する。

なお、無線通信システム１０ａは、図１に示した無線通信システム１０が有する機能を全て兼ね備えていてもよい。この場合、無線通信システム１０ａを構成する各部は、無線通信システム１０の対応する各部の機能を兼ね備えることとする。以下、無線通信システム１０ａは、図１に示した無線通信システム１０が有する機能を全て兼ね備えている場合を例に説明する。

図８は、一実施形態にかかる集中制御局４０ａの構成例を示す。図８に示すように、集中制御局４０ａは、通信Ｉ／Ｆ部４００、測定情報記録部４０２、全帰属先算出部４０４及び帰属先通知部４０６を有する。なお、集中制御局４０ａにおいて、通信Ｉ／Ｆ部４００を除く測定情報記録部４０２、全帰属先算出部４０４及び帰属先通知部４０６などをまとめて他の機能ブロック４１０と記すことがある。

通信Ｉ／Ｆ部４００は、ネットワーク１００（図７）などによって構成される有線区間を介して通信を行うインターフェースである。通信Ｉ／Ｆ部４００は、無線基地局２０ａそれぞれが有する品質測定部２４（図３参照）が自局の無線通信品質に基づいて算出した品質測定情報を、無線基地局２０ａそれぞれから受信する。

測定情報記録部４０２は、無線基地局２０ａそれぞれから通信Ｉ／Ｆ部４００が受信した品質測定情報を記録する。

全帰属先算出部４０４は、測定情報記録部４０２が記録した品質測定情報それぞれを用いて帰属先算出処理を行い、無線通信品質を向上可能な無線基地局２０ａのいずれかを新たな帰属先として選択する帰属情報を、全ての無線端末３０ａそれぞれに対して算出する。

帰属先通知部４０６は、全帰属先算出部４０４が算出した帰属情報を、通信Ｉ／Ｆ部４００及び無線基地局２０ａを介して全ての無線端末３０ａそれぞれに対して通知する。

無線端末３０ａそれぞれは、帰属情報を受信すると、例えば帰属情報に指示される無線基地局２０ａなどに帰属要求を通知する。そして、無線通信システム１０ａは、図５に示した制御例のように、無線端末３０ａそれぞれの帰属先を制御する。

図９は、無線通信システム１０ａ（及び無線通信システム１０）において、取得（収集）される情報の具体例を示す。図９に示すように、無線通信システム１０ａにおいて収集される情報は、個無線端末情報と無線基地局情報とに分けられる。個無線端末情報は、各無線仮想インターフェースの帰属先基地局などを含む。無線基地局情報は、情報収集先の無線基地局の識別子などを含む。

次に、無線通信システム１０ａが図２に示した情報交換経路を用いた自律分散制御と、図７に示した情報交換経路を用いた集中制御とを共存させた場合の動作（以下、共存動作）の例について説明する。例えば、無線通信システム１０ａは、通常時は図７に示した情報交換経路によって品質測定情報を通知するが、当該情報交換経路に異常が生じたときには図２に示した情報交換経路によって品質測定情報を通知する。

無線仮想インターフェースの帰属先制御の精度を向上させるためには、配下の無線端末３０ａからの全情報を集中制御局４０ａが制御する方が長けている。しかし、集中制御局４０ａやネットワーク１００などの構成に異常が生じた場合には、集中制御局４０ａによる制御が機能しなくなる場合がある。そこで、無線通信システム１０ａは、集中制御局４０ａやネットワーク１００などの構成に異常が生じた場合には、図２に示した情報交換経路によって品質測定情報を通知するように制御を切替える。

図１０は、共存動作を行う無線通信システム１０ａの第１動作例を示すシーケンス図である。図１０に示した動作例では、無線端末３０ａの自律分散制御を機械学習アルゴリズムによって実装しているものとする。

機械学習アルゴリズムは、例えば無線端末３０ａの時点ｔに観測された現在の状態（Ｓ（ｔ））を入力として、各無線仮想インターフェースの最適な帰属先無線基地局（Ａ（ｔ））を出力する推定関数を、過去の入出力データと無線基地局２０ａから配信された品質測定情報を用いて統計的に求めることとする。

したがって、無線通信システム１０ａは、集中制御を行っている間に、自律分散制御の機械学習アルゴリズムの入出力情報に必要な品質測定情報を収集し、異常が生じて自律分散制御への切替時には、各無線端末３０ａの学習を完了しておく。

例えば、図１０に示すように、無線通信システム１０ａは、集中制御を行うシーケンス処理（Ｓ２００）を完了した後に、学習に関するシーケンス（Ｓ３００）を実施する。

具体的には、無線基地局２０ａが個無線端末情報（図９参照）を帰属している無線端末３０ａから取得（Ｓ２０２）して集約し、集中制御局４０ａへ通知する（Ｓ２０４）。集中制御局４０ａは、集中計算によって配下の各無線端末３０ａの各無線仮想インターフェースの帰属先を算出し（Ｓ２０６）、無線基地局２０ａを経由して帰属先指示を配下の無線端末３０ａへ指示する（Ｓ２０８，Ｓ２１０）。

無線端末３０ａは、Ｓ（ｔ）の観測を実施する（Ｓ３０２）。そして、無線端末３０ａが集中制御局４０ａからの指示に応じて無線仮想インターフェースの帰属先制御を実施し、無線基地局２０ａが帰属先をＡ（ｔ）として管理する（Ｓ３０４）。無線端末３０ａはＳ（ｔ）の観測を常時実施しており、同時にＡ（ｔ）に対する制御時のＳ（ｔ）も管理しておく。

その後、無線端末３０ａは、自身の個無線端末情報を収集し（Ｓ３０６）、Ｓ（ｔ）時の個無線端末情報を無線基地局２０ａへ通知する（Ｓ３０８）。無線基地局２０ａは、他の無線基地局からの個無線端末情報も収集して集約し（Ｓ３１０）、帰属の無線端末３０ａへ配信する（Ｓ３１２）。

無線端末３０ａは、配信された他の無線基地局とその帰属の無線端末の情報を入力として、学習アルゴリズム中のｔ時の学習内容を更新する（Ｓ３１４）。

無線通信システム１０ａは、以上の処理を繰り返して、無線端末３０ａの帰属先の制御を行う。

図１１は、共存動作を行う無線通信システム１０ａの第２動作例を示すシーケンス図である。図１１に示した第２動作例において、図１０に示した動作と実質的に同一の動作には同一の符号が付してある。

例えば、図１１に示すように、無線通信システム１０ａは、集中制御を行うシーケンス処理（Ｓ２００）を完了した後に、学習に関するシーケンス（Ｓ５００）を実施する。

無線基地局２０ａは、Ｓ（ｔ）時の個無線端末情報・無線基地局情報を集中制御局４０ａへ通知する（Ｓ５０２）。集中制御局４０ａは、全無線端末の（Ｓ（ｔ），Ａ（ｔ））の学習内容を更新し（Ｓ５０４）、無線基地局２０ａを介して帰属無線端末の更新学習内容を無線端末３０ａに通知する（Ｓ５０６，Ｓ５０８）。

図１２は、無線端末３０ａの学習結果を他の無線端末３０ａへ配信する場合の動作例を示すシーケンス図である。ここでは、２つの無線基地局２０ａ－１，２０ａ－２と、３つの無線端末３０ａ－１ａ，３０ａ－１ｂ，３０ａ－２ａがあるとする。また、無線端末３０ａ－１ａ，３０ａ－１ｂは、無線基地局２０ａ－１に帰属し、無線端末３０ａ－２ａは、無線基地局２０ａ－２に帰属しているものとする。

まず、無線端末３０ａ－１ａは、無線基地局２０ａ－１に対して学習内容を通知する（Ｓ６００）。無線基地局２０ａ－１は、通知された学習内容を無線端末３０ａ－１ｂに配信する（Ｓ６０２）。また、無線基地局２０ａ－１は、帰属している無線端末の学習内容を無線基地局２０ａ－２へも配信する（Ｓ６０４）。無線基地局２０ａ－２は、帰属している無線端末３０ａ－２ａに対し、他の無線基地局２０ａ－１の帰属無線端末の学習内容を配信する（Ｓ６０６）。そして、無線通信システム１０ａは、以上の処理を繰り返して、帰属先の制御を行う。

また、共存動作を行う無線通信システム１０ａは、異常が発生する場所に応じて、集中制御から自律分散制御に切替えるシーケンスが異なる。以下、無線通信システム１０ａにおける自律分散制御を行う動作を第１モードの動作とする。

図１３は、共存動作を行う無線通信システム１０ａに発生する異常の場所を模式的に示す。例えば、無線通信システム１０ａは、図１３に示したＡ，Ｂ，Ｃそれぞれの場所で異常が発生することが考えられる。Ａの場所で異常が発生した場合、集中制御局４０ａの通信Ｉ／Ｆ部４００は機能する。Ｂの場所で異常が発生した場合、無線通信システム１０ａは、集中制御局４０ａが機能しない。Ｃの場所で異常が発生した場合、無線通信システム１０ａは、異常が発生した有線区間を介して無線基地局２０ａに対する通信を行うことができない。

図１４は、Ａの場所で異常が発生した場合の無線通信システム１０ａの動作例を示すシーケンス図である。集中制御局４０ａは、通信Ｉ／Ｆ部４００が他の機能ブロック４１０の異常を検知（Ｓ７００）すると、全ての無線基地局２０ａに対して第１モードへの切替を指示する（Ｓ７０２）。無線基地局２０ａは、集中制御局４０ａからの指示に応じて、全ての帰属する無線端末３０ａに対して第１モードへの切替を指示する（Ｓ７０４）。

図１５は、Ｂ又はＣの場所で異常が発生した場合の無線通信システム１０ａの動作例を示すシーケンス図である。無線基地局２０ａは、帰属無線端末情報を集中制御局４０ａに通知（Ｓ８００）した後、集中制御局４０ａから一定期間応答がなかった場合、異常が発生しているかを確認するために、異常検知プローブを集中制御局４０ａに対して送信する（Ｓ８０２）。

無線基地局２０ａは、異常検知プローブに対して集中制御局４０ａから応答がない場合、当該無線基地局２０ａ（自局）を第１モードへ切替え（Ｓ８０４）、全ての帰属する無線端末３０ａに対して第１モードへの切替を指示する（Ｓ８０６）。

図１６は、Ｃの場所で異常が発生した場合に、全ての無線基地局２０ａ及び全ての無線端末３０ａを第１モードに切替える無線通信システム１０ａの動作例を示すシーケンス図である。

例えば、無線基地局２０ａ－１は、帰属無線端末情報を集中制御局４０ａに通知（Ｓ９００）した後、集中制御局４０ａから一定期間応答がなかった場合、異常が発生しているかを確認するために、異常検知プローブを集中制御局４０ａに対して送信する（Ｓ９０２）。

無線基地局２０ａ－１は、異常検知プローブに対して集中制御局４０ａから応答がない場合、異常が発生していると判断し、当該無線基地局２０ａ－１（自局）を第１モードへ切替え（Ｓ９０４）、他の無線基地局（ここでは無線基地局２０ａ－２）に対して第１モードへの切替を指示する（Ｓ９０６）。

第１モードへの切替の指示を受信した無線基地局２０ａ－２は、集中制御局４０ａに対して第１モードへの変更要求を送信する（Ｓ９０８）。集中制御局４０ａは、第１モードへの変更要求を受信できれば応答を送信し（Ｓ９１０）、第１モードへの変更を行う（Ｓ９０２）。集中制御局４０ａが第１モードへの変更要求を受信できない場合、他の無線基地局２０ａも異常検知プローブを集中制御局４０ａへ送信するシーケンスを開始する。

そして、無線基地局２０ａ－１は、全ての帰属する無線端末３０ａに対して第１モードへの切替を指示する（Ｓ９１４）。最後に、無線基地局２０ａ－１及び帰属する無線端末３０ａが第１モードへの切替を実施する。

図１６に示した例では、Ｃの場所で異常が発生した場合、ネットワーク１００等を介して集中制御局４０ａと通信をすることができる無線基地局２０ａ－２及び他の無線端末３０ａも第１モードへ切替える。

このように、実施形態にかかる無線通信システムは、品質測定情報に基づいて算出された帰属情報によって帰属先を更新するので、無線基地局に対する無線端末の配置に偏りが生じても、通信品質の低下を抑えることができる。

また、実施形態にかかる無線通信システムは、運用と並行して各無線端末間で強化学習の学習結果を共有し、その学習結果により、障害発生箇所に応じて、集中制御局による中央集中制御と、無線端末による分散制御とに切り換えることができる。換言すれば、両方の制御方式で、障害発生箇所に応じたそれぞれの切り換え動作に対応して学習結果を用いた最適化が可能である強化学習の方法には何らかの特徴があると考えられる。

１０，１０ａ・・・無線通信システム、２０，２０ａ・・・無線基地局、２２・・・無線通信部、２３・・・通信Ｉ／Ｆ部、２４・・・品質測定部、２５・・・情報通知部、２６・・・要求情報評価部、２７・・・要求応答通知部、２８・・・帰属情報記録部、３０，３０ａ・・・無線端末、３２・・・無線通信部、３３・・・制御情報算出部、３４・・・帰属先要求部、３５・・・帰属先記録部、４０ａ・・・集中制御局、１００・・・ネットワーク、３３０・・・帰属先算出部、４００・・・通信Ｉ／Ｆ部、４０２・・・測定情報記録部、４０４・・・全帰属先算出部、４０６・・・帰属先通知部

Claims (10)

1. 複数の無線端末、及び前記無線端末と無線通信を行う複数の無線基地局を備えた無線通信システムであって、
   前記無線基地局は、
   当該無線基地局に帰属する前記無線端末との間の無線通信品質、及び他の前記無線基地局における帰属する前記無線端末との間の無線通信品質に基づく品質測定情報を、当該無線基地局に帰属する前記無線端末に通知する情報通知部
   を有し、
   前記無線端末は、
   前記情報通知部から通知された品質測定情報に基づいて、無線通信品質を向上可能な前記無線基地局のいずれかを新たな帰属先として選択する帰属情報を算出する帰属先算出部と、
   前記無線基地局が帰属先の更新を許可した場合に、前記帰属先算出部が算出した帰属情報に基づいて帰属先を更新するように帰属情報を記録する帰属先記録部と
   を有することを特徴とする無線通信システム。
2. 複数の前記無線基地局を制御する集中制御局をさらに有し、
   前記無線基地局それぞれは、
   少なくとも当該無線基地局に帰属する前記無線端末との間の無線通信品質に基づく品質測定情報を前記集中制御局に通知し、
   前記集中制御局は、
   前記無線基地局それぞれから通知された品質測定情報に基づいて、前記無線基地局それぞれにおける帰属する前記無線端末との間の無線通信品質を向上可能な前記無線基地局を新たな帰属先として選択する帰属情報それぞれを算出する全帰属先算出部
   を有し、
   前記無線端末それぞれは、
   帰属している前記無線基地局を介して、前記全帰属先算出部が算出した帰属情報を受信した場合、前記全帰属先算出部が算出した帰属情報に基づいて帰属先を更新するように前記帰属先記録部が帰属情報を記録すること
   を特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
3. 前記集中制御局は、
   有線通信経路を介して品質測定情報を受信すること
   を特徴とする請求項２に記載の無線通信システム。
4. 複数の前記無線基地局は、
   有線通信経路及び無線通信経路を介して互いに接続され、前記有線通信経路、前記無線通信経路及び前記無線端末の少なくともいずれかを介して品質測定情報を受信すること
   を特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の無線通信システム。
5. 前記無線端末及び前記無線基地局は、
   互いに無線通信を行うための１つ以上の無線物理インターフェース及び１つ以上の無線仮想インターフェースを有し、
   前記無線仮想インターフェースには無線通信品質を示す１つ以上の情報を品質測定情報として用いること
   を特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の無線通信システム。
6. 前記無線端末及び前記無線基地局は、
   互いに複数の無線通信方式によって無線通信を行う複数の無線通信アプリケーションを備え、品質測定情報が前記無線通信アプリケーションそれぞれにおける無線通信品質に基づいていること
   を特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の無線通信システム。
7. 品質測定情報が無線通信における受信電力、要求データレート及び前記無線基地局の帯域の使用率を含むことを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の無線通信システム。
8. 帰属している無線基地局との間の無線通信品質、及び他の無線基地局に帰属する他の無線端末の無線通信品質に基づく品質測定情報に基づいて、無線通信品質を向上可能な他の無線基地局を新たな帰属先として選択する帰属情報を算出する帰属先算出部と、
   帰属している無線基地局が帰属先の更新を許可した場合に、前記帰属先算出部が算出した帰属情報に基づいて帰属先を更新するように帰属情報を記録する帰属先記録部と
   を有することを特徴とする無線端末。
9. 複数の無線端末と無線通信を行う複数の無線基地局を制御する集中制御局であって、
   複数の無線基地局それぞれの帰属する無線端末との間の無線通信品質に基づく品質測定情報に基づいて、複数の無線基地局それぞれに帰属する無線端末との間の無線通信品質を向上可能な無線基地局を新たな帰属先として選択する帰属情報それぞれを算出する全帰属先算出部と、
   前記全帰属先算出部が算出した帰属情報それぞれを複数の無線基地局に通知する帰属先通知部と
   を有することを特徴とする集中制御局。
10. 複数の無線端末と複数の無線基地局とが行う無線通信方法であって、
    前記無線基地局が、当該無線基地局に帰属する前記無線端末との間の無線通信品質、及び他の前記無線基地局における帰属する前記無線端末との間の無線通信品質に基づく品質測定情報を、当該無線基地局に帰属する前記無線端末に通知する工程と、
    前記無線端末が、通知された品質測定情報に基づいて、無線通信品質を向上可能な前記無線基地局のいずれかを新たな帰属先として選択する帰属情報を算出する工程と、
    前記無線基地局が帰属先の更新を許可した場合に、算出した帰属情報に基づいて帰属先を更新するように帰属情報を記録する工程と
    を含むことを特徴とする無線通信方法。
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    

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